DE1591983A1 - Microvoltage converter - Google Patents
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Description
ziheim, den 22.August 1967ziheim, August 22, 1967
Pitentanwält·: Dr.-Ing. Otto flÖriwP· Dr. Friedrich E. Mayer 713 Pforzheim, Julius-Naihir-Str. 13Pitentanwalt ·: Dr.-Ing. Otto flÖriwP Dr. Friedrich E. Mayer 713 Pforzheim, Julius-Naihir-Str. 13th
Nederlandse Organisatie voor Toegepast-Natuurweten« schappelijk Önderzoek ten behoeve van Nijverheid» Handel en Verkeer 148 Juliana van Stolberglaan, Haag, NiederlandeNederlandse Organizatie voor Toegepast-Natuurweten « schappelijk Önderzoek ten behoeve van Nijverheid »Trade en Verkeer 148 Juliana van Stolberglaan, Hague, The Netherlands
MikrovoltumformerMicrovoltage converter
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Umformer, der mit einem Eingang zum Messen einer Spannung und mit einem Unterbrecher, der die besagte Spannung unterbrechen kann, versehen ist und der diese Spannung in eine Blockspannung, deren Amplitude der Grosse der genannten Spannung proportional ist, umwandeln kann» Ein solcher Umformer ist bekannt.The present invention relates to a converter with an input for measuring a voltage and with a breaker, which can interrupt said voltage, and which converts this voltage into a block voltage, the amplitude of which the magnitude of the voltage is proportional, can convert »Such a converter is known.
Nach diesem Umformer wird gewöhnlich ein Mittel, das die Bloekspannung entweder in eine Gleichspannung oder in eine von der Amplitude der Blockspannung abhängige Frequenz umsetzt, angeordnet*After this converter there is usually a means that the block voltage either into a direct voltage or into a frequency dependent on the amplitude of the block voltage, arranged *
Die vorliegende -Erfindung bezweckt die Schaffung einer Kombination eines Umformers und eines Mittels des letztgenannten Typs, dureh die u.a. z*B« die Unterbrecherfrequenz sehr einfach erregt werden kann, und zu diesem Zweck ist sie dadurch gekennzeichnet, dass der Umformer einen Oszillator, der direkt von der Blockspannung inThe present invention aims to provide a combination a converter and a means of the last-mentioned type, by means of which, inter alia, the interrupter frequency can be excited very easily can, and for this purpose it is characterized in that the converter has an oscillator, which is fed directly from the block voltage in
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Frequenz moduliert werden kann, und einen Unterbrecher, der durch einen Strom oder eine Spannung der genannten Frequenz abwechselnd geöffnet und geschlossen wird, umfasst«Frequency can be modulated, and a breaker that goes through a current or a voltage of said frequency alternately is opened and closed, includes "
In einer Ausführungsform bildet sich der Oszillator der Reihe nach aus einem Summiernetzwerk, einem Integrator und einem Schmitt-Trigc dessen Ausgang mit dem Eingang des Summiernetzwerks und weiter noch mit den Steuerorganen des Unterbrechers verbunden ist, wobei der Unterbrecher sich vorzugsweise aus zwei Feldeffekttransistoren zusammensetzt. In one embodiment, the oscillator forms in sequence from a summing network, an integrator and a Schmitt-Trigc its output with the input of the summing network and further still is connected to the control elements of the interrupter, the interrupter preferably being composed of two field effect transistors.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Schemas des Ausführungsbeispiels näher erläutert. The invention is explained in more detail below with the aid of a diagram of the exemplary embodiment.
In diesem Schema bilden die Feldeffekttransistoren 1 und 2 mit den Widerstanden 3» ^ und 5 und dem Kondensator 6 den Unterbrecherteil A des Mikrovoltumformers, dessen Eingangsklemmen mit 7 und 8 bezeichne' sind»In this scheme, the field effect transistors 1 and 2 form with the Resistors 3 »^ and 5 and the capacitor 6 the interrupter part A. of the microvolt converter, the input terminals of which are designated by 7 and 8 ' are"
Die gemeinsame Verbindung 9 der Transistoren 1 und 2 ist mit dem Kondensator 10 des Wechselspannungsverstärkers B verbunden, der weiter die Transistoren 11, 12 uhd 13, die V/iderstande 1^ bis 19 einschliesslich und die Kondensatoren 20 und 75 umfasst.The common connection 9 of the transistors 1 and 2 is with the Capacitor 10 of the alternating voltage amplifier B connected, which further the transistors 11, 12 and 13, the V / iderstande 1 ^ to 19 including and the capacitors 20 and 75 includes.
Der Kollektor 21 des Transistors 13 ist mit dem Widerstand 22 des Summiertietzwerks C verbunden, das weiter den Widerstand 23 umfasst.The collector 21 of the transistor 13 is connected to the resistor 22 of the summing network C, which further comprises the resistor 23.
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es Integrators E ist .iiderständen 22 und 23 verbunden.it integrator E is connected to resistances 22 and 23.
Die Basis^s35 „des ,Transistors 2k des Integrators E ist mit denThe base of the transistor 2k of the integrator E is connected to the
C ('ι t^ ' "y" ' ί ■C ('ι t ^ '"y"'ί ■
i-M"; J'-'in ■ -■■ .. ; ' ■'- ■ . g< iM "; J '-' in ■ - ■■ .. ; '■' - ■. g <
Der Integrator E umfasst weiter den Transistor 26, die 'widerstände 27 bis 30 einschliesslich und den Kondensator 31·The integrator E further comprises the transistor 26, the 'resistors 27 to 30 inclusive and the capacitor 31
Der Emitter 32 des Transistors 26 ist über den Viiderstand 33 der Basis ^k des Transistors 35 verbunden, der zum Schmitt-Trigger F gehört.The emitter 32 of the transistor 26 is connected to the base ^ k of the transistor 35, which belongs to the Schmitt trigger F, via the resistor 33.
De'r Bchrri't t.-Trigger F umfasst weiter den Transistor 36 und die .widerstände 37, 3& "^d 39.De'r Bchrri't t.-Trigger F further comprises the transistor 36 and the .resistors 37, 3 & "^ d 39.
Der; Kollektor kÖ dos Transistors 36 ist über eine Zenerdibde ^1 mit der Basis *+2 des Transistors 43 des Impulsverstärkers G verbunden«The ; Collector kÖ dos transistor 36 is connected via a Zenerdibde ^ 1 with the base * + 2 of the transistor 43 of the pulse amplifier G «
Der Impulsverstärker Q umfasst weiter den Transistor ^k, die Dioden hrj und kB, die V;iderstände k7 bis ^k einschliesslich und die Kondensatoren 55 und 56 und 72.The pulse amplifier Q further comprises the transistor ^ k, the diodes h r j and kB, the V; id resistors k7 to ^ k inclusive, and the capacitors 55 and 56 and 72.
Der genieinsame Verbindungspunkt der Widerstände 52 und 5^i der Diode ^6 und des Kondensators 56 ist mit der Elektrode 57 des Feldeffekttransistors 1 und der Verbindungspunkt der Viiderstände 51 und 53, der Diode ^5 und des Kondensators 55 ist mit der Elektrode 58 des Feldeffekttransistors 2 verbunden«The ingenious junction of resistors 52 and 5 ^ i the Diode ^ 6 and the capacitor 56 is connected to the electrode 57 of the field effect transistor 1 and the connection point of the Vi resistors 51 and 53, the diode ^ 5 and the capacitor 55 is connected to the electrode 58 of field effect transistor 2 connected «
Der Kollektor 59 des Transistors kh ist über einen Kondensator 60 mit der Basis 61 des Transistors 62, der zu einem Frequenzdetektor HThe collector 59 of the transistor kh is connected via a capacitor 60 to the base 61 of the transistor 62, which leads to a frequency detector H
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gehört, und über einen Kondensator 68 mit der Kathode 70 der Diode 69» die zu einer Kompensationsschaltung I gehört, verbunden.belongs, and via a capacitor 68 to the cathode 70 of the Diode 69 »which belongs to a compensation circuit I connected.
Im Frequenzdetektor H befinden sich weiter noch der Kondensator 66, die festen Widerstände 63, 64 und 65 und der variabele Widerstand 67, dessen Gleitkontakt 76 mit dem Widerstand 5 im Unterbrecherteil A, verbunden ist.In the frequency detector H there is also the capacitor 66, the fixed resistors 63, 64 and 65 and the variable resistor 67, its sliding contact 76 with the resistor 5 in the interrupter part A, connected is.
In der Kompensationsschaltung I befindet sich noch der Widerstand 71> der zusammen mit dem Kondensator 68 eine Differenzierung des Signals herbeiführt»The resistor 71> is still located in the compensation circuit I which, together with the capacitor 68, differentiates the signal »
Die Schaltung arbeitet wie folgt.The circuit works as follows.
Im Unterbrecherteil η wird die an.die Klemmen 7 und 8 angeschlossene Messpannung in eine Blockspannung mit einer Amplitude die der Messspannung gleich ist, umgewandelt.In the interrupter part η is connected to the terminals 7 and 8 Measurement voltage into a block voltage with an amplitude that of the measurement voltage is equal, converted.
Der Verstärker B liefert über den Widerstand 22 die Blockspannung verstärkt an der Basis 25 des Transistors 2k ab.The amplifier B delivers the block voltage in amplified form to the base 25 of the transistor 2k via the resistor 22.
Vorausgesetzt dass über den Widerstand 2J ein positiver Strom nach der Basis 25 des Transistors Zk hinläuft, so nimmt die Spannung am Emitter 32 des Integrators E linear zu der Zeit ab, bis das unterste Umschlagniveau des Schmitt-Triggers F erreicht worden ist.Provided that a positive current flows through the resistor 2J to the base 25 of the transistor Zk , the voltage at the emitter 32 of the integrator E decreases linearly by the time until the lowest transition level of the Schmitt trigger F has been reached.
Die Spannung am Kollektor kO wird dann plötzlich negativ. Diese Spannung ara Kollektor kO wird dem 'Widerstand 23 über den impulsverstärker G zurückgeführt, wodurch ein negativer Strom durchThe voltage at the collector kO then suddenly becomes negative. This voltage ara collector kO is fed back to the 'resistor 23 via the pulse amplifier G, whereby a negative current flows through
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diesen Widerstand 23 zu laufen anfängt und die Ausgangsspannung des Integrators E am Emitter 32 jetzt linear zu der Seit zunimmt, bis das oberste Umschlagniveau des Schmitt-Triggers F erreicht worden ist.this resistor 23 begins to run and the output voltage of the integrator E at the emitter 32 now increases linearly to the side until the top level of the Schmitt trigger F has been reached.
Die Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers F am Kollektor ^O wird jetzt plötzlich positiv.The output voltage of the Schmitt trigger F at the collector ^ O becomes now suddenly positive.
Diese Spannung wird dem Widerstand 23 wieder zurückgeführt, jetzt aber als positive Spannung, so dass der Zyklus sich wiederholt.This voltage is fed back to resistor 23, now but as a positive voltage so that the cycle repeats itself.
Der Generator, der auf diese -/eise in einer gewissen Frequenz oszilliert, und der sich aus einem Summiernetzwerk C, einem Integrator E, einem Schmitt-Trigger F und einem Verstärker G zusammensetzt, wird nun über den Widerstand 22 in Frequenz moduliert, indem die Amplitude der Integratoreingangsspannung um die Blockspannung, .welche am Ausgang 21 des Verstärkers B erscheint, vergrössert oder verkleinert wird.The generator, which oscillates in this way at a certain frequency, and which is made up of a summing network C, an integrator E, a Schmitt trigger F and an amplifier G is now modulated in frequency via the resistor 22 by the amplitude of the integrator input voltage is increased or increased by the block voltage .which appears at the output 21 of the amplifier B is reduced.
Die Transistoren 1 und 2 werden vom von den Kollektoren 73 und 59 herkommenden Signal, das über die Kondensatoren 56 und 55 die Elektroden 57 und 58 erreicht, abwechselnd geöffnet und geschlossen.The transistors 1 and 2 are taken from the collectors 73 and 59 incoming signal, which through the capacitors 56 and 55 the electrodes 57 and 58 reached, alternately opened and closed.
Wahrend des Umschaltens der Transistoren·1 und 2 tritt eine Spannungsspitze auf, die den linearen Zusammenhang zwischen der Eingangsspannung an den Klemmen 7 und 8 und der Frequenzabweichung ungünstig beeinflusst. Diese Spannungsspitze entsteht durch dieDuring the toggling of transistors x 1 and 2, one occurs Voltage spike that shows the linear relationship between the input voltage at terminals 7 and 8 and the frequency deviation adversely affected. This voltage spike is caused by the
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kapazitive Ungleichheit der Transistoren 1 und 2 und dadurch, dass der Uebergangspunkt vom leitenden in den'nichtleitenden Zustand der Transistoren 1 und 2 nicht vollkommen gleich ist. , ' Die Linearität wird dadurch verbessert, dass man über den Widerstand 5 eine Gegenkopplungsspannung in Serie mit dem · Transistor 2 anordnet. Diese Gegenkopplungsspannung rührt vom Gleitkontakt 76 auf dem widerstand 67 im Frequenzdetektor, H her, der eine von der erregten Frequenz des Umformers abhängige Gleichspannung abgibt.capacitive inequality of transistors 1 and 2 and thereby, that the transition point from the conductive to the non-conductive State of transistors 1 and 2 is not exactly the same. , ' The linearity is improved by applying a negative feedback voltage in series with the Arranges transistor 2. This negative feedback voltage comes from the Sliding contact 76 on the resistor 67 in the frequency detector, H her, which emits a direct voltage that depends on the frequency of the converter.
Die 'gate-drain" Kapazität und die "gate-source" Kapazität des Transistors 1 werden stetig von der Schaltspannung geladen und entladen. Das Laden erfolgt während des nichtleitenden Zustandes des Transistors 1 und das Entladen während des leitenden ^ustandt-sdes Transistors 1. Dies hat zur Folge, dass der Entladestrom durch die Eingangsschaltung hindurchläuft und dort einen positiven Störstrom hervorruft. Dieser Störstrom verursacht über den Quellenwiderstand eine anscheinend positive Eingangsspannung, die sich bei zunehmender Trägerwellenfrequenz vergrossert. Dieses letztere verursacht eine unzulässige positive Hitkopplung. Eine Kompensationsschaltung I, die grundsätzlich aus einem Differenzieungsnetzwerk mit einer Diode 69 und einem V/iderstand 71 und einem Kondensator 68 besteht, erregt einen negativen Strom, der sich in dem Masse vergrossert als die Trägerwellenfrequenz zunimmt. Dieser negative Strom hebt über den Widerstand 3 den positiven Störstrom vollständig· auf.The gate-drain capacity and the gate-source capacity of the Transistor 1 are continuously charged by the switching voltage and unload. The charging takes place during the non-conducting state of the transistor 1 and the discharging during the conducting ^ ustandt-sdes Transistor 1. This has the consequence that the discharge current through the input circuit runs through and there a positive Causes interference current. This interference current causes an apparently positive input voltage across the source resistance, which is at increasing carrier wave frequency. This latter causes an impermissible positive hit coupling. A compensation circuit I, which basically consists of a differentiation network with a diode 69 and a V / resistor 71 and a capacitor 68, excites a negative current which increases in size as the carrier wave frequency increases. This negative Current completely removes the positive interference current via resistor 3 on.
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Der Impulsverstärker G baut aus der Ausgangsspannung des Schmitt-Triggers F ve_rsch.iedene blockforraige Spannungen auf, die zum Steuern der Untorbreclierschaltung A, des Frequenzdetektors II und der Kompensationsschaltung I geeignet sind.The pulse amplifier G builds from the output voltage of the Schmitt trigger F different block-shaped voltages that are used to control the Untorbreclierschaltung A, the frequency detector II and the compensation circuit I am suitable.
S*./ische-n der Klemme 77 und der Minusklemme kann das in Frequenz modulit rtu Signal der Schaltung abgenommen v/erden»S *. / Ische-n of terminal 77 and the minus terminal can do this in frequency modulit rtu signal of the circuit removed v / earth »
L.:npfindlichki-it: + 100 bis 50Qylt,V für eine + 50$ AussteuerungL.:npfindlichki-it: + 100 to 50Qylt, V for a + 50 $ level
von der Sentralfrequenz (Abgleich mit der Gegenkorplung)from the central frequency (comparison with the counter-coupling)
. + 20 Αλ! für eine 505^ Aussteuerung von der Hc-ntralfrequenz. (Ohne Gegenkopplung).. + 20 Αλ ! for a 505 ^ modulation of the Hc-internal frequency. (Without negative feedback).
Eingangsimpedanz: Ungefähr TGOInput Impedance: Approximately TGO
Abtrift . : + 1/J^V (gemessen Bti UmgebungstemperaturDrift. : + 1 / J ^ V (measured Bti ambient temperature
über einen ganzen Tag). Dynamischer Bereich: 0— 200 Hz (Traguruelle 5000 Hz).over a whole day). Dynamic range: 0- 200 Hz (Traguruelle 5000 Hz).
3 N 99 Feldeffekttransistoren3 N 99 field effect transistors
BSY 80.BSY 80.
ζ 5.ζ 5.
HG 1005. BAY 19.HG 1005.BAY 19.
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BAD ORisslNAt
AlJJt,AlJJt,
Kondensatoren.Capacitors.
6, IQ 20, 7^ 31 55* 56» 66, 60, 6β6, IQ 20, 7 ^ 31 55 * 56 »66, 60, 6β
Widerstände.Resistances.
3 -10.10 Ohm3 -10.10 ohms
•^ 100 »• ^ 100 »
5, ^9, 51, 52γ 53, 5*», 63 100. ίο5 «5, ^ 9, 51, 52γ 53, 5 * », 63 100. ίο 5 «
ιί* ca. 22Ο.1Ο3 «' den V/i<äerstandewrert ιί * approx. 22Ο.1Ο 3 «'den V / i <äerstandewrert
abregeindown
» 28, 22.10»28, 22.10
17 ".--18 19 22 23 27, 29, 48, 50, 30, 33 37 39. ^7, -56. io17 "- 18 19 22 23 27, 29, 48, 50, 30, 33 37 39. ^ 7, -56. ok
33.io33.io
i+70.
120.i + 70.
120
"x " x
I.103 "I.10 3 "
47.1p2 "47.1p 2 "
39.103 »39.10 3 »
22', 102 "22 ', 10 2 "
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